邊界寬度對(duì)石墨烯翹曲程度的影響.pdf

1、作為目前最有應(yīng)用前景的新型材料之一，石墨烯在光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)以及力學(xué)等方面均表現(xiàn)出特有優(yōu)異性能，在納電子器件、高靈敏傳感器、透明導(dǎo)電薄膜、功能復(fù)合材料、儲(chǔ)能、催化等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。研究表明，在沒有熱影響的情況下（絕對(duì)溫度為零），由于邊界應(yīng)力的存在，獨(dú)立的石墨烯薄膜的邊界仍表現(xiàn)出不穩(wěn)定性，會(huì)影響邊界的原子結(jié)構(gòu)和邊界形貌，進(jìn)而影響石墨烯各方面性能。已有的二維納米材料邊界的分析方法，是通過建立彈性薄板模型，將邊界簡化處理成只具有面積而

2、沒有幾何尺寸的理想梁模型，然后進(jìn)行理論分析來確定石墨烯薄膜邊界翹曲時(shí)的尺度關(guān)系（即翹曲波形的波長、腹向衰減表征尺度以及面外翹曲幅值）。然而，這并不能全面表征真實(shí)的石墨烯薄膜邊界原子結(jié)構(gòu)情況。真實(shí)的石墨烯薄膜邊界附近原子結(jié)構(gòu)與內(nèi)部不同，即石墨烯薄膜的實(shí)際邊界存在一定的幾何寬度。因而，邊界寬度對(duì)翹曲形貌的影響，應(yīng)該在研究中得到重視。主要工作如下:
　　(1)本文從理論分析著手，首先通過建立有限尺度的二維石墨烯薄板模型，將邊界簡化為只有

3、面積而沒有具體幾何尺寸理想梁模型。引入翹曲形貌函數(shù)，然后分析和討論了有限尺寸理想邊界模型下石墨烯薄膜穩(wěn)定時(shí)，翹曲波形的波長、腹向衰減表征尺度以及面外翹曲幅值的大小以及它們之間的關(guān)系。
　　(2)同樣基于線彈性薄板理論，建立有限尺寸的二維石墨烯真實(shí)邊界模型。在這里將石墨烯邊界賦予具體的幾何寬度。利用最小勢能原理，分別對(duì)手扶椅(armchair)形邊界和鋸齒形(zigzag)邊界進(jìn)行計(jì)算分析，得到邊界寬度與翹曲波形的波長、腹向衰減表征

4、尺度以及面外翹曲幅值的之間的關(guān)系。
　　(3)考慮到邊界寬度增大時(shí)，石墨烯邊界趨近于與內(nèi)部一樣的材料，因而將石墨烯邊界彈性模量處理成與內(nèi)部彈性模量相關(guān)的函數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。這樣豐富了石墨烯邊界彈性模量的定義范疇，并且通過研究三維石墨烯薄膜厚度方向高階應(yīng)變分量的影響，多方面地闡述了真實(shí)邊界寬度對(duì)石墨烯邊界翹曲的影響
　　研究表明，當(dāng)石墨烯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定時(shí)，鋸齒形(zigzag)邊界的翹曲波長明顯大于手扶椅(armchair)形邊界，且